Драйверы шаговых двигателей A4988 и DRV8825: настройка тока подстроечником

Контроллер не может питать шаговый двигатель напрямую: обмотке нужны амперы, а пин Arduino отдаёт 40 мА. Между ними ставят драйвер, и две самые ходовые микросхемы в модульном исполнении — A4988 от Allegro MicroSystems и DRV8825 от Texas Instruments. Носители Pololu и их клоны совместимы нога-в-ногу: код один и тот же, но пределы по напряжению и току разные, а настройка тока подстроечником — главный источник сгоревших плат. Разбираем оба по даташитам производителей.

Зачем драйверу подстроечник

Типичный мотор с током 1 А и сопротивлением обмотки 5 Ом допускает питание всего 5 В — подашь 12 В напрямую, обмотка сгорит. Драйвер работает иначе: это импульсный стабилизатор тока, он быстро переключает ключи и удерживает ток обмотки на заданном уровне. Поэтому питание может в разы превышать паспортное напряжение обмотки: ток нарастает быстрее, растут скорость и момент. Уровень выставляют подстроечником — он задаёт опорное напряжение Vref, из которого микросхема считает лимит тока.

Формулы у микросхем разные, потому что на платах стоят разные токоизмерительные резисторы:

• A4988: I = Vref / (8 × R_sense). На носителях Pololu с 2017 года стоят резисторы 0,068 Ом: I ≈ Vref × 1,84, для 1 А нужен Vref 540 мВ.
• DRV8825: I = Vref / (5 × R_sense). На носителях стоят 0,100 Ом, значит I = Vref × 2: для 1 А — Vref 0,5 В.

Характеристики по даташитам

Числа — из даташитов Allegro и TI SLVSA73F и страниц Pololu по носителям. На старых платах A4988 зелёные резисторы 0,050 Ом: Vref для 1 А — 400 мВ.

Настраиваем ток подстроечником

1. Считаем Vref под паспортный ток мотора. Мотор на 1 А: A4988 — 540 мВ, DRV8825 — 500 мВ; на 1,5 А — 790 мВ и 750 мВ.
2. Собираем схему без мотора, подаём VMOT и логику (у A4988 это VDD, у DRV8825 логика питается сама).
3. Мультиметр в режиме милливольт: чёрный щуп на GND, красный — на via Vref, обведённый на нижней стороне платы.
4. Крутим подстроечник до расчётного напряжения; после прогрева платы повтори замер — температура уводит показания.
5. Выключаем питание и только теперь подключаем мотор.

Контроль без вольтметра: в полношаговом режиме без импульсов на STEP ток обмотки равен ~70% лимита у A4988 и 71% у DRV8825. Амперметр ставится в разрыв обмотки: драйвер с обмоткой работают как понижающий преобразователь, и ток блока питания заметно ниже тока катушки.

Подключение к Arduino Uno

const int STEP_PIN = 3;
const int DIR_PIN  = 2;

void setup() {
  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(DIR_PIN, HIGH);        // направление вращения
}

void loop() {
  for (long i = 0; i < 3200; i++) {   // 3200 импульсов = оборот при 1/16 (200×16)
    digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(50);            // импульс: A4988 от 1 мкс, DRV8825 от 1,9 мкс
    digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
    delayMicroseconds(50);
  }
  delay(1000);
  digitalWrite(DIR_PIN, LOW);         // обратно
  for (long i = 0; i < 3200; i++) {
    digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(50);
    digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
    delayMicroseconds(50);
  }
  delay(1000);
}

С той же программой работает и DRV8825, но при MS1=MS2=MS3=1 это режим 1/32: мотор на 1,8° пройдёт за 3200 импульсов пол-оборота. Микрошаг включают, только если лимит тока реально достигается, иначе мотор пропускает микрошаги.

Подключение к ESP32

Оба драйвера читают 3,3-вольтовую логику ESP32 без согласования: у A4988 для этого VDD подключают к 3,3 В, у DRV8825 отдельной логики нет вообще. Схема та же, сигналы — GPIO 12 и 14.

#define STEP_PIN 12
#define DIR_PIN  14

void setup() {
  pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(DIR_PIN, HIGH);
}

void loop() {
  for (long i = 0; i < 3200; i++) {   // оборот при 1/16 на A4988
    digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(30);
    digitalWrite(STEP_PIN, LOW);
    delayMicroseconds(30);
  }
  delay(2000);
}

Питание мотора отдельное: обмоточный ток через плату ESP32 тянуть нельзя.

Частые ошибки

1. Подключать и отключать мотор под питанием. Pololu предупреждает прямо: коммутация обмоток под напряжением убивает драйвер. Переподключай только при снятом VMOT.
2. Нет электролита у VMOT. Керамика на плате плюс длинные провода питания дают выбросы, превышающие предел микросхемы даже при питании 12 В. Минимум 47 мкФ — вплотную к плате.
3. Vref «на глаз». Лимит выше паспортного тока — обмотки перегреваются и теряют момент; ниже — мотор пропускает шаги. Замер в полношаговом режиме покажет лишь 70% уставки.
4. Меряют ток на блоке питания. Ток обмотки не равен току БП: амперметр — в разрыв обмотки, или настраивай через Vref.
5. Драйвер «молчит». Висящий в воздухе RST у A4988 и низкий SLEEP у DRV8825 (подтяжка 1 МОм к земле) останавливают работу: соедини RST и SLP и подай HIGH.
6. Ждут 1/32 от A4988. Выше 1/16 он не умеет. А одно и то же подключение MS-пинов даёт 1/16 на A4988 и 1/32 на DRV8825: при переносе кода оборот «длиннее» вдвое.

Оба драйвера требуют биполярный мотор с четырьмя выводами; остальные моторы и драйверы собраны в рубрике «Моторы и приводы». Если нужен не шаг, а мощность — коллекторные моторы ведёт L298N.

Информация собрана из открытых источников и паспортов производителей и не является истиной в последней инстанции. Характеристики, распиновку и совместимость проверяйте по документации конкретной партии модуля перед покупкой и подключением.